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文獻綜述
題目：污水處理廠的惡臭氣體處理工藝及進展
污水處理廠的惡臭氣體處理工藝及進展
摘 要：為了保護水資源，我國的大多城市，都會建污水處理廠。但是長期以來，如何消除和減少來自城市污水廠的惡臭廢氣這一問題，一直在困擾著人們。隨著當前經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，人們對環(huán)境的要求也在不斷提高。惡臭氣體不但會腐蝕廠區(qū)內(nèi)設(shè)備， 影響污水處理廠以及周圍區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量，還會對工作人員和周圍居民的身體健康產(chǎn)生非常大的危害，令人感到惡心、厭煩，甚至可能會致畸致癌。因此，治理污水處理廠的惡臭氣體已經(jīng)成為了一個關(guān)注的重點。
關(guān)鍵詞：惡臭氣體；污水處理廠；生物法；除臭技術(shù)
The treatment technology and progress of the malodorous emissions of sewage treatment plant
Abstract: In order to protect water resources, most cities will build a sewage treatment plant. For a long time, how to eliminate and reduce odor malodorous emissions from municipal wastewater treatment plant has been plaguing people. With the economic development, people’s requirements to the environment are also rising. Malodorous gases will not only corrode plant equipment, influence the wastewater treatment plant and the quality of surrounding environment, but also produce great harm to the health of the surrounding residents, such as nausea, vomiting, and possible teratogenic or carcinogenic. Therefore, the governance of the malodorous emissions of sewage treatment plant is increasingly becoming a focus of concern.
Keywords: malodorous emissions; Sewage treatment plant; biological; deodorant technology
1污水處理廠的臭氣成分及來源
1.1成分
污水處理廠的惡臭氣體的主要成分有三大類，它們分別是：含硫化合物(H2S、甲硫醚和甲硫醇等)，含氮化合物(二元胺、NH3和甲基引哚等)，碳氫氧等的組成化合物(醛、低級醇和脂肪酸等)。其中，含量最高的是H2S和NH3[1]。
1.2 來源
污水處理廠的惡臭氣體的主要源于預(yù)處理和厭氧處理部分[2]。例如格柵池、穩(wěn)流池、厭氧池和缺氧池等處。
1.3 危害
惡臭廢氣會污染空氣，影響人的感官。少量的臭氣會讓人心情不愉快,過多的臭氣則會危害人體健康。其中，對人體健康影響最大的是硫化氫氣體(H2S)，它的毒性很大，有臭雞蛋氣味，會引起人的頭暈、頭痛、惡心等癥狀。硫化氫的二硫鍵(-S-S-)能與人體內(nèi)的細胞色素和氧化酶作用，干擾細胞進行氧化，造成缺氧狀態(tài)，最后危害生命健康[3]。
2 惡臭氣體處理工藝及進展
各種惡臭氣體處理方法就是通過物理、化學(xué)或則生物的方法，使惡臭污染物的物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的改變，從而去除惡臭。處理惡臭氣體的常見的方法主要有：燃燒法、活性炭吸附法、水洗滌和藥劑吸收法、高級氧化法和生物法等。這些方法各有優(yōu)劣。
2.1 燃燒法
燃燒法即高溫氧化法，通過降解可燃性惡臭物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為無臭無害的H2O和CO2等物質(zhì)。根據(jù)是否使用催化劑，可以分為直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法就是為了達到去除惡臭的目的，在高于600℃的溫度下將惡臭氣體進行燃燒。而催化燃燒法是在燃燒過程中加入催化劑，有效地降低惡臭廢氣的燃燒溫度，從而減少反應(yīng)時間。燃燒法主要用于處理處理濃度高、氣量小的可以燃燒的惡臭污染物。燃燒法處理效率很高，但是處理成本高，設(shè)備容易腐蝕，且處理過程中容易造成二次污染。
2.2活性炭吸附法
活性炭吸附法是利用活性炭對氣體有很強的吸附力這一特點來去除臭氣的。牟桂芝等人利用活性炭吸附來處理含有甲硫醇的惡臭氣體，得到：普通氣相用活性炭對于甲硫醇的穿透吸附容量只有 4.0-6.5 ，但IVP活性炭對應(yīng)的穿透吸附容量都比較高，分別是 l1和16.4，這說明 IVP 活性炭對甲硫醇的吸附性能更好[4]。吸附法的優(yōu)點有，吸附無選擇性，吸附的有用物質(zhì)可回收，負荷變化影響小，管理方便。但是對臭氣進行吸附后，后續(xù)仍然需要對富集的惡臭污染物進行處理。而且，吸附劑受環(huán)境的影響大，使用的費用高。所以，活性炭吸附法一般用于處理風量比較小、惡臭廢氣濃度較低、出氣要求比較高的廢氣，它也常作為其它的除臭工藝的后處理。
2.3 水洗滌和藥劑吸收法
由于惡臭氣體中的主要污染物為易溶于水的H2S和NH3等物質(zhì)，所以由引風機將氣體收集后輸送至噴淋塔，進行氣液交換，使惡臭污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相中去，最后達到除臭的目的。水洗滌法簡單易行，而且費用較低。 但是因為惡臭污染物在水中的溶解度很有限，所以，洗滌水必須經(jīng)常更換，所以就要消耗大量的水，同時溶解度較低的惡臭廢氣很難被有效處理。藥劑吸收法是令惡臭廢氣與某些化學(xué)物質(zhì)進行反應(yīng)，從而去除惡臭。與用水直接進行洗滌的方法相比，藥劑吸收法能提高惡臭廢氣的去除效率。但是，在實際運行中，需針對氣體中污染物的成分，使用多種藥劑進行分級處理，這便使安裝和運行的費用增加了，并且易引起二次污染，因此目前使用較少。深圳市濱河污水處理廠三期[5]工程的除臭系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模達 7×10 m3/h。此工程利用化學(xué)法進行除臭處理，使最后排放的廢氣濃度達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)中的一級標準，其除臭效果非常好。該工程的運行費用是 413 萬/年，投資 2400萬元。
2.4高級氧化法
高級氧化法即利用臭氧、光催化氧化、光化學(xué)和等離子等的強氧化性來處理惡臭廢氣的方法。郝鄭平等，以原有的氧化技術(shù)作為基礎(chǔ)，致力于研究臭氧催化的技術(shù)。結(jié)果表明：臭氧催化技術(shù)在低濃度廢氣污染物處理中，適宜反應(yīng)溫度在 250 ℃ 以下，當250～300 ℃時，由于催化劑作用臭氧會迅速分解成氧氣，臭氧催化氧化變?yōu)榇呋趸磻?yīng)[6]。高級氧化法屬于高新的技術(shù)，其作用快速高效，且易于控制，但是仍處在研發(fā)的狀態(tài)，現(xiàn)在大多用在室內(nèi)空氣污染的控制。
2.5 生物法
生物法處理廢氣，起主導(dǎo)作用的是微生物，有附著生長系統(tǒng)和懸浮生長系統(tǒng)兩種形式。在懸浮生長系統(tǒng)內(nèi)，微生物是懸浮在液體中的，首先將惡臭廢氣在液相中溶解，然后通過擴散作用進入到微生物，最終惡臭污染物會被微生物降解[6]。在附著生長系統(tǒng)內(nèi)，微生物是附著在多孔填料的表面上的，惡臭氣體通過填料床時，被填料吸附和吸收，最終被微生物降解。目前，生物法除臭主要有：生物洗滌池法，生物濾池法和生物滴濾池法等。目前，生物滴濾法在國外工業(yè)運用中具有明顯的優(yōu)勢[7]。
2.5.1生物洗滌池法
生物洗滌法又稱為生物吸收法，生物洗滌池利用懸浮的活性污泥來處理惡臭廢氣。生物洗滌池由含填料的洗滌器和含活性污泥的生化反應(yīng)器兩部分組成。洗滌器中的水逆著氣流方向噴灑，使氣體污染物在填料表面與水接觸，從而被水吸收，實現(xiàn)質(zhì)量傳遞。若污染物濃度低且易溶于水，則極易被水吸收，從而進入生化反應(yīng)器，然后在微生物的作用下，最后得以去除。生物洗滌池主要是用于處理易溶于水的惡臭廢氣，適用于處理各種低負荷惡臭廢氣，且去除效果比較好。中國石油化工研究院蘭州化工研究中心[8]，在國內(nèi)首次使用了將生物洗滌法和生物滴濾法進行組合的除臭技術(shù)，對煉油污水廠內(nèi)的惡臭氣體進行處理。對H2S、 NH3、VOCs、和CH3SH等惡臭廢氣的去除效率分別為：99.2 %、90.4 %、99.8 %、99.4 %和99.1%，處理后的氣體都可以達標排放。但是，由于此法所需要的設(shè)備費用比較大，操作比較復(fù)雜，而且運行的過程中需額外地投加營養(yǎng)物質(zhì)，所以在我國工業(yè)化應(yīng)用當中受到了一定限制[9]。
2.5.2 生物濾池法
生物濾池法去除惡臭氣體是一個生化反應(yīng)和氣體擴散的綜合過程。為防止濾池內(nèi)的填料被堵塞，進入濾池前惡臭氣體必須先進行除塵處理。生物濾池內(nèi)裝有活性填料，廢氣先經(jīng)過加濕器，然后從濾池底部進入，與填料上的微生物接觸，被吸收并降解成CO2和H2O，最后凈化的氣體從濾池頂部排放。生物濾池技術(shù)的液相和生物相是靜止的，并且只有一個反應(yīng)器，氣-液的接觸面積大，啟動和運行非常簡單，而且運行費用也很低。
生物濾池法是最常見得除臭方法，它的效率高，一般用來處理大氣量且低濃度的臭氣。但是目前，由于其占地面積大，填料需要進行定期更換，除臭的過程不容易控制，所以運行一些時間以后容易發(fā)生問題，難處理疏水性和難生物降解的物質(zhì)[10,11]。上海石化股份有限公司[12]采用生物濾池的除臭工藝，對惡臭氣體進行處理，其H2S的去除率達 89%，NH3的去除率達98%，苯乙烯的去除率達99.88 %，苯的去除率達99.94%。山東某污水處理廠[13]使用了兩級生物過濾器，第一階段主要是真菌和嗜酸性硫桿菌，第二階段主要是氨氧化菌、非嗜酸性硫桿菌、異樣菌和亞硝酸鹽氧化菌，對H2S、NH3和有機物的去除率分別達到95 %、92.1 %和94 %。
2.5.3 生物滴濾池法
生物滴濾池的處理方法可以認為是介于生物濾池法和生物洗滌池法之間的一種生物除臭方法。臭氣中的污染物在同一個反應(yīng)器內(nèi)進行吸收和降解作用。生物滴濾池內(nèi)填充惰性填料（填料為陶瓷、木炭、聚丙烯小球、塑料等不能夠提供營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料），循環(huán)水不斷地噴淋在填料上，生物膜覆蓋在填料表面上。臭氣中的污染物會在生物滴濾池內(nèi)被降解利用。生物滴濾池有且只有一個反應(yīng)器，設(shè)備非常簡單，生物相是不流動的，而液相是流動的，在這樣的環(huán)境下，微生物即使世代周期較長也能夠生存下來。但由于其比表面積一般較低，所以不太適合處理溶解性較差的揮發(fā)性有機污染物。生物滴濾池法基本不用更換填料，操作簡單且易于控制，在處理臭氣污染時有較大緩沖能力，一般適合去除低濃度的惡臭氣體。生物滴濾池法的除臭效率高，是目前一個重要的發(fā)展方向。寧波市垃圾處理中心[14]利用生物滴濾塔，對H2S、CH4和NH3的含量比較高的惡臭氣體進行處理。保持pH=4.5-5.5，當進氣量為600 mg/m3 時，處理效率可達 80 %以上。與生物濾池相比，生物滴濾池能承受的污染負荷更高，緩沖能力更好，即使停止供給營養(yǎng)物質(zhì)幾天，甚至是幾周后，系統(tǒng)仍然可以保持很高的去除效率。利用高濃度氮元素可有效提高生物滴濾塔的效率，而且不同氮源會使除臭效率有所不同[15,16]。
3 發(fā)展現(xiàn)狀與展望
目前主要的除臭方法有物理、化學(xué)和生物法。但是由于物理法和化學(xué)法投資和運行費用高，并且很容易產(chǎn)生二次污染，所以國外的專家從20世紀50年代就開始致力于生物法除臭的研究。如今，許多的發(fā)達國家，如日本、美國、德國和荷蘭等國家就生物法除臭的技術(shù)和處理設(shè)備的開發(fā)已經(jīng)商品化。90年代初期，我國才開始研究和應(yīng)用生物除臭技術(shù)。但最近十年，在研發(fā)人員的不懈努力下，我國的在相關(guān)理論技術(shù)和工藝設(shè)備方面都取得了滿意的成果。
目前在國內(nèi)外，生物除臭技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，但是由于生物法的起步比較晚，是一種新興除臭技術(shù)，在使用條件和運行管理上面會受到一定的限制。而且我國的環(huán)境空氣污染是復(fù)合型的，惡臭氣體的成分較復(fù)雜，用生物法處理惡臭廢氣仍然存在很多需要進一步解決的一些問題，主要的表現(xiàn)為：(1) 針對惡臭氣體成分較復(fù)雜的特點，需開發(fā)能夠同時處理多種惡臭污染物的生物除臭技術(shù)；(2)需對系統(tǒng)運行參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，提高除臭效率，并且降低成本；(3) 在生物滴濾池的長期運行中，有機物濃度比較高，所以比較容易過度地累積生物量，從而引起填料層的堵塞問題，甚至會導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓；(4)需要提高微生物的活性，深入研究微生物除臭機理和共生協(xié)同的關(guān)系，并且需研究可同時去除不同的惡臭污染物的多效菌種；(5) 開發(fā)研究生物法和其它除臭方法綜合應(yīng)用的技術(shù)。
隨著人們的生活質(zhì)量不斷提高，國家對于惡臭污染控制的要求也越來越嚴，高效的除臭技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用的需求也更加強烈。生物除臭技術(shù)作為一種經(jīng)濟、高效并且沒有二次污染的方法，其技術(shù)的不斷完善和工業(yè)化的設(shè)備開發(fā)，且結(jié)合物理或化學(xué)技術(shù)的一體化裝備，將會給環(huán)保行業(yè)帶來廣闊的發(fā)展空間和巨大的前景。
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